数据库系统的三级模式结构

所谓模式是指用数据描述语言精确定义的数据模型。数据模式的三个层次：外部层、概念层和内部层，构成数据库系统的三级模式结构，如图2-2所示。不管数据库管理系统的功能如何变化、操作系统的平台如何不同、数据模型如何不同等，数据库系统的三级模式结构的特征基本上保持不变。

　　图 2-2 数据库系统的三级模式结构

　　数据库的三级模式结构是对数据的三个抽象级别。在这三个抽象级别之间，为了实现数据的转换，数据库管理系统必须提供两层映射功能，即外模式和概念模式的映射，概念模式和内部模式的映射。

　　外模式又称用户模式, 在传统的数据库系统中定义为子模式，子模式是概念模式的子集。外模式按用户视图定义数据，也可以从概念模式中导出。

　　概念模式又称逻辑模式, 是现实世界和数据存储之间的扭带。概念模式是为了实现数据库数据的共享进行数据库设计之后，得到的全局性数据逻辑关系的抽象和描述，它独立于数据的物理存储结构，是所有用户的共同的逻辑数据视图。

　　内模式又称物理模式，用以描述数据在数据库中的存储和存取方式。

　　所有的这些模式都必须在使用数据库之前进行定义。数据库管理系统提供模式描述语言 DDL，用以严格地描述一个数据库中所有实体的定义，经编译之后存储在数据库中。外模式是与每个具体的应用程序和它使用的高级编程语言相关联的。内模式与数据的物理存储(操作系统)和硬件有关。概念模式是独立于具体应用和物理环境的，是数据库中全体数据的逻辑表示。

　　数据库设计的过程就是综合外模式, 产生概念模式，根据使用的DBMS产生物理模式。再由概念模式导出用户视图, 就是用户看到的逻辑数据。

　　外模式和概念模式的映射，定义了外模式和概念模式之间的对应关系，通常在外模式中给出描述。这层映射的作用是实现逻辑数据的独立性。当数据的整体逻辑结构改变时，如果某个外模式保持不变，相应的外模式和概念模式的映射关系需要改变，因而该外模式对应的应用程序不用改变。

　　概念模式和内部模式的映射，存在于概念层，由DBMS建立两者之间的逐一对应关系。这层映射的作用是实现物理数据的独立性。当数据库的物理存储模式修改时，如改变存储设备和存取方法时，概念模式可以保持不变，相应的内模式和概念模式的映射关系需要改变，应用程序也不用改变。

　　图2-3 数据模式的层次和映射

　　数据库的三层模式结构的好处在于：

　　· 保证了数据的独立性：概念模式和内模式分开，保证数据的物理独立性，把外模式和概念模式分开，保证数据逻辑的独立性

　　· 简化用户接口：用户不需要了解数据库实际存储情况，也不需要对数据库存储结构了解，只要按照外模式编写应用程序就可以访问数据库。

　　· 有利于数据共享：所有用户使用统一概念模式导出的不同外模式，减少数据冗余，有利于多种应用程序间共享数据。

　　· 有利于数据安全保密：每个用户只能操作属于自己的外模式数据视图，不能对数据库其他部分进行修改，保证了数据安全性。